水射流切割加工(PPT文档).ppt

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1、3.8 水射流切割加工水射流切割加工 水射流切割是利用高速、高压的液流对工件的冲击作用来去除材料的。使水获得压力能的方式有两种：使水获得压力能的方式有两种：一种是直接采用高压水泵供水，压力可达3560MPa;一种是采用水泵和增压器，可获得1001000MPa的超高压和0.525L/min的小流量的水流。一、水射流切割原理一、水射流切割原理二、水射流切割的特点二、水射流切割的特点 设备价格昂贵，水射流喷嘴磨损严重，需经常更换。常温切割，材料无结构变形和热变形。切割力强，可切割180mm厚的钢板和250mm厚的钛板等。切口质量较高，切口表面平整光滑，无毛刺，切口公差可 达0.25 0.06mm，切

2、口宽度可达0.015mm，节省材料。操作灵活方便，可在任何部位进行切割，特别适宜复杂工 件的切割。属湿性切割，无屑沫飞溅，工作环境清洁卫生。三、水射流切割的应用三、水射流切割的应用 还可对高硬的金属材料及非金属材料进行车削、铣削和钻 削等。广泛用于汽车、造船、航空航天等行业切割钢板、塑料、石棉、橡胶及各种复合材料等。用于铸造厂、锻造厂清理毛坯表层的型砂和氧化皮。“水滴石穿水滴石穿”体现了在人们眼中秉性柔弱的水本身潜在体现了在人们眼中秉性柔弱的水本身潜在的威力的威力，高压水射流，高压水射流(WJ)、磨料水射流、磨料水射流(AWJ)的产生是最近的产生是最近三十年的事三十年的事.利用高压水为人们的生

3、产服务始于十九世纪七十年代利用高压水为人们的生产服务始于十九世纪七十年代左右，用来开采金矿，剥落树皮，直到二战期间，飞机运行左右，用来开采金矿，剥落树皮，直到二战期间，飞机运行中中“雨蚀雨蚀”使雷达舱破坏这一现象启发了人们思维。直到本使雷达舱破坏这一现象启发了人们思维。直到本世纪五十年代，高压水射流切割的可能性才源于苏联，但第世纪五十年代，高压水射流切割的可能性才源于苏联，但第一项切割技术专利却在美国产生，即一项切割技术专利却在美国产生，即1968年由美国密苏里年由美国密苏里大学林学教授诺曼大学林学教授诺曼弗兰兹博士获得。在最近十多年里，水弗兰兹博士获得。在最近十多年里，水射流射流(WJ、AW

4、J)切割技术和设备有了长足进步，其应用遍及切割技术和设备有了长足进步，其应用遍及工业生产和人们生活各个方面。工业生产和人们生活各个方面。Topic D-1 水射流加工水射流加工 许多大学、公司和工厂竞相研究开发，新思维、新许多大学、公司和工厂竞相研究开发，新思维、新理论、新技术不断涌现，形成了一种你追我赶的势头。目理论、新技术不断涌现，形成了一种你追我赶的势头。目前已有前已有3000多套水射流切割设备在数十个国家几十个行业多套水射流切割设备在数十个国家几十个行业应用，尤其是在航空航天、舰船、军工、核能等高、尖、应用，尤其是在航空航天、舰船、军工、核能等高、尖、难技术上更显优势。已可切割难技术上

5、更显优势。已可切割500余种材料，其设备年增余种材料，其设备年增长率超过长率超过20。Topic D-1 水射流加工水射流加工Topic D-1 水射流加工水射流加工纯水纯水射流射流 WTWaterater Jetet混合磨料射流混合磨料射流 AWTAbrasivebrasive Waterater Jetet水射流加工水射流加工 （水刀）（水刀）普通水经过一个超高压加压器，将水加压至普通水经过一个超高压加压器，将水加压至4,000 bar(60,000psi)，然后通过一个细小的喷嘴然后通过一个细小的喷嘴(其直径为其直径为0.10.4mm)，可产生约可产生约1000m/s(音速的三倍音速的三

6、倍)的水射流的水射流，可做各种表面处可做各种表面处理及切割各种非金属物质如纸类、纸尿裤、玻璃、纤维、海理及切割各种非金属物质如纸类、纸尿裤、玻璃、纤维、海绵等。绵等。针对要切割金属及较硬的材质如各种石材、玻璃、陶瓷、针对要切割金属及较硬的材质如各种石材、玻璃、陶瓷、磁砖等材质时，将磨料与水混流可大大增强其切割能力，此磁砖等材质时，将磨料与水混流可大大增强其切割能力，此种高速度的混合磨料水刀几乎可切割任何材质。种高速度的混合磨料水刀几乎可切割任何材质。高压水射流基本原理归之为：运用液体增压原理，通过特定的装置（增压口或高压泵）,将动力源(电动机)的机械能转换成压力能，具有巨大压力能的水在通过小孔

7、喷嘴(又一换能装置)，再将压力能转变成动能，从而形成高速射流(WJ)。因而又常叫高速水射流。原理原理水刀的优势水刀的优势无切割方向之限制无切割方向之限制 可完成各种不同的切割形状。可完成各种不同的切割形状。所产生横向及纵向的作用力极小所产生横向及纵向的作用力极小 可降低设定时间可降低设定时间 及使用夹具的成本。及使用夹具的成本。用同一种机器即可完成钻孔及切割功能用同一种机器即可完成钻孔及切割功能 可降低加工时间可降低加工时间 及切割成本。及切割成本。不会产生热效应或变形或细微的裂缝不会产生热效应或变形或细微的裂缝 不需二次加工。不需二次加工。不会产生具毒性的气体不会产生具毒性的气体 提供好的工

8、作环境。提供好的工作环境。不会产生毛边不会产生毛边 可缩短工件制造所需时间及制造成本。可缩短工件制造所需时间及制造成本。切口细切口细 可减少大量废弃材料的产生，可减少大量废弃材料的产生，节省直接制造成本。节省直接制造成本。系统组成系统组成超高压泵超高压泵水刀切割头装置水刀切割头装置水刀水刀X-Y平面切割台平面切割台CNC控制器控制器CAD/CAM软件包软件包液体增压原理增压恒压系统包括增压器和蓄能器两部分，增压器获得高压原增压恒压系统包括增压器和蓄能器两部分，增压器获得高压原理如图理如图2所示，即利用大活塞与小活塞面积之差来实现，理论所示，即利用大活塞与小活塞面积之差来实现，理论上：上：A大大

9、P油油=A小小P水水,P出水出水=A大大/A小小P油油,增压比即大增压比即大活塞与小活塞面积之比，通常为活塞与小活塞面积之比，通常为10：125：1，由此，增压，由此，增压器输出高压水压力可达器输出高压水压力可达100MPa750MPa。液体增压原理高压水射流切割是利用具有很高动能的高速射流进行的高压水射流切割是利用具有很高动能的高速射流进行的(有有时又称为高速水射流加工时又称为高速水射流加工)与激光、离子束、电子束一样是与激光、离子束、电子束一样是属于高能束加工范畴。目前其用途和优势主要体现在难加属于高能束加工范畴。目前其用途和优势主要体现在难加工材料方面：如陶瓷、硬质合金、高速钢、模具钢、

10、淬火工材料方面：如陶瓷、硬质合金、高速钢、模具钢、淬火钢、白口铸铁、钨钼钴合金、耐热合金、钛合金、耐蚀合钢、白口铸铁、钨钼钴合金、耐热合金、钛合金、耐蚀合金、复合材料（金、复合材料（FRM、FRP等）、锻烧陶瓷、高速钢等）、锻烧陶瓷、高速钢（HRC30以下）、不锈钢、高锰钢、模具钢和马氏体钢以下）、不锈钢、高锰钢、模具钢和马氏体钢（HRC30）、高硅铸铁、可锻铸铁等一般工程材料，高）、高硅铸铁、可锻铸铁等一般工程材料，高压水射流除切割外，稍降低压力或增大靶距和流量还可以压水射流除切割外，稍降低压力或增大靶距和流量还可以用于清洗、破碎、表面毛化和强化处理。用于清洗、破碎、表面毛化和强化处理。应用

11、领域应用领域应用领域应用领域汽车工业汽车工业航天工业航天工业石材及陶瓷业石材及陶瓷业造纸业造纸业食品业食品业应用领域应用领域 (续续)应用领域应用领域 (续续)应用领域应用领域 (续续)应用领域应用领域 (续续)应用领域应用领域 (续续)应用领域应用领域 (续续)性能性能加工精度：加工精度：0.002mm0.2mm切割材质切割材质切割速度切割速度(mm/min)切割材质厚度切割材质厚度5 mm 10 mm20 mm 50 mm.花岗岩花岗岩3,660 1,650740260.大理石大理石5,7702,6001,170409.磁砖磁砖词词12,000 5,500-.铝铝.2,380.1,0704

12、80170.不不 锈锈 钢钢板板.760.345 156 50.玻璃玻璃6,120.2,7601,240 430 切缝宽度：切缝宽度：0.1mm1mm（WJ）1mm2mm（AWJ）切割条件切割条件压力：压力：3,800 bar 喷嘴直径：喷嘴直径：0.1mm磨料粒度磨料粒度:80#磨料流量磨料流量:740g/min 水射流精密加工典型加工速度水射流精密加工典型加工速度(毫米分毫米分)表表110Hp10Hp直接驱动直接驱动1 120Hp20Hp直接驱动直接驱动2 230Hp30Hp直接驱动直接驱动3 340Hp40Hp直接驱动直接驱动4 450Hp50Hp增压式增压式5 5钛合钛合金金48.548.5123.7123.7208.5208.5276.86276.86169.92169.92不锈不锈钢钢32.732.783.583.5140.9140.9187.45187.45115.06115.06淬火淬火工具工具钢钢32.32.82.0482.04138.1138.1183.38183.38112.52112.52铜铜45.945.97 7117.3117.3198.1198.1263.14263.14161.54161.54铝铝98.598.5251.2251.2423.41423.41562.35562.35345.18345.18